Constructii Din Lemn

CONSTRUCŢII DIN LEMN

I. ELEMENTE DE BAZĂ


1. Elemente de economie forestieră

în lume: pădurile ocupă 1/3 din suprafaţa continentelor (4.300 mil. ha);în România: 27% din teritoriu (cca. 6 mil. ha);

Clasificare:după repartizarea în teritoriu:- peste 700 m altitudine 60%;- între 150 şi 700 m 30%;- sub 150 m 10%.

după zona de vegetaţie:- peste 1300 m altitudine alpină;- între 200 şi 1300 m forestieră;- sub 200 m stepă.

după ponderea speciilor:- fag 30%; - răşinoase 30%;- stejar 20%;- altele 20%.

2


2. Scurt istoricîn antichitate;în Evul Mediu (Bassano del Grappa – sec. XVI);în epoca modernă (Franţa, Emi – 1825, Germania – lemn încleiat);în perioada contemporană;în România: biserica din Surdeşti (1797) – 54 m, sala Floreasca, Ilva Mică.

3. Avantajele şi dezavantajele construcţiilor din lemnavantaje:

dezavantaje:

- rezistenţă relativ mare;- montare-demontare simplă;- conductivitate termică mică;

- prelucrare uşoară;- coef. de dilatare termică mic;- tratat durabilitate mare.

- anizotropia şi neomogenitatea;- defecte naturale;

- defecte cauzate de insecte şi ciuperci;

- sortiment limitat;- influenţa negativă a umidităţii;

- inflamabilitatea.

3


4. Clasificarea construcţiilor din lemndupă durata de exploatare:

- permanente durata > 4 ani;- provizorii durata < 4 ani;

- auxiliare.

după condiţiile de exploatare:- adăpostite; - neadăpostite; - sub apă.

după destinaţie:- civile; - industriale; - agricole;- poduri, podeţe; - hidrotehnice; - speciale.

după sistemul constructiv:- grinzi; - cadre; - arce;- bolţi; - cupole.

după modul de execuţie:- în fabrică sau atelier specializat;- pe şantier.

4


5. Materialul lemnos şi caracteristicile sale fizico-mecanicestructura lemnului:

Fig. 1: Pană din lemn, taiată din trunchi. Fig. 2: Secţiune prin trunchi

5


secţiuni caracteristice:

Fig. 3: Structura unui trunchi (transversal). Fig. 5: Secţiune tangenţială.

Fig. 4: Secţiune radială.

6


celula vegetală:

Fig. 6: Microstructura peretelui celular ce formează lemnul.

Fig. 7: Reprezentare schematică la nivel microscopic a unui bloc din lemn de pin.

7


compoziţia chimică: C 50%, O2 44%, H 6%

anizotropialemn timpuriu, lemn târziu

Fig. 8: Reprezentare microscopică a unei secţiuni transversale de molid (inel anual).

8


6. Clasificarea materialului lemnosdupă specie:

- foioase (salcâm, stejar, gorun, fag, frasin, ulm, plop);- răşinoase (larice, pin, molid, brad).

după gradul de prelucrare:- lemn brut (rotund);- lemn ecarisat (cherestea).

Fig. 9: Lemn rotund. Fig. 10: Lemn ecarisat.

9


clasificare cherestea:- după modul de debitare (tivită sau netivită);

- după umiditate:- verde peste 30%;- zvântată 24 – 30%;- semiuscată 18 – 24%;- uscată sub 18%.

Fig. 11: Cherestea tivită sau netivită.

10


- după sortimente: scânduri, dulapi, şipci, rigle, grinzi, etc.

- după clase de calitate (scânduri şi dulapi): E (A, B); T; III; IV; V.

Fig. 12: Sortimente de cherestea.

11


7. Defectele lemnului şi categorii de material lemnosdefecte de formă a trunchiului (conicitate, curbură) şi de structură (concreştere, etc)

Fig. 13: Defecte de formă a trunchiului şi de structură:

a. Rulură asociată unei crăpături a inimii;

b. Crăpătură, situaţie mai des întâlnită la foioase decât la conifere;

c. Degradare cauzată de lovituri.

12


defecte din cauza nodurilor şi crăpăturilor

Fig. 14: Categorii de calitate:

- Calitatea I:

- Calitatea II:

- Calitatea III:

Fig. 15: Principiul tăierii pentru controlulfisurării.

4

b...)dd(d 321

3

b...)dd(d 321

2

b...)dd(d 321

13


Categorii de calitate

Tabel 1: Categoria de calitate în funcţie de solicitarea şi destinaţia pieselor.

Categoria de calitate a pieselor şi

elementelor din lemn

Solicitarea şi destinaţia pieselor şi elementelor din lemn

IElemente supuse la întindere şi încovoiere, de exemplu: grinzi cu zăbrele, grinzi simple, piese speciale, pene, dornuri, eclise, etc.

II

a). Piese supuse la compresiune şi încovoiere.

b). Elemente întinse şi întinse-încovoiate, la care efortul unitar efectiv reprezintă maximum 70% din rezistenţa admisibilă a lemnului.

IIIElemente secundare supuse la încărcări accidentale (de exemplu: astereala, piese a căror deteriorare nu periclitează rezistenţa şi stabilitatea construcţiilor).

14


defecte din cauza insectelor, microorganismelor, paraziţilor vegetali;contracţia si umflarea

Fig. 16: Deformaţii şi fisurări ale secţiunii pentru principalele moduri de debitare.

15


Fig. 17: Deformaţii ale secţiunilor din cauza contracţiei.

16


Fig. 18: Contracţie sau umflare, răşinoase europene (R), stejar şi fag (F)

17


Fig. 19: Reprezentare schematică a evoluţiei umidităţii lemnului.

Fig. 20: Contracţia şi umflarea maxime pentru molid, în cele 3 direcţii principale.

Fig. 21: Contracţia şi fisurarea unei secţiuni masive din lemn rotund.

18


8. Putrezirea lemnului şi măsuri de protecţie

Fig. 22: Penetrare (longitudinal şi transversal pe fibre), după o imersie de 24 de ore în lichid.

19


9. Comportarea lemnului la foc. Măsuri de protecţie contra incendiului

Fig. 23: Secţiune de lemn atacată de foc: a) zona carbonizată; b) zona protejată.

20


II. PROPRIETĂŢILE MECANICE ALE LEMNULUI DE

CONSTRUCŢII

II. PROPRIETĂŢILE MECANICE ALE LEMNULUI DE CONSTRUCŢII 2

Proprietăţile mecanice ale materialului lemnos se determină prin încercări de laborator, pe epruvete standardizate, realizate din lemn fără defecte.

1. Comportarea lemnului la întindere (în lungul fibrelor)SR EN 408 – 1996pentru lemn de răşinoase:

- rezistenţa la întindere: cca. 1000 daN/cm2;- modulul de elasticitate: E = 110.000 – 140.000 daN/cm2;

pentru existenţa nodurilor pe 1/4 din secţiune, se aplică un coeficient de corecţie de 0,27;ruperea se produce brusc, fără deformaţii plastice.

Fig. 1: Solicitarea de întindere: a). în lungul fibrelor; b). perpendicular pe fibre.


2. Comportarea lemnului la compresiune (în lungul fibrelor)SR EN 408 – 1996pentru lemn de răşinoase:

- rezistenţa la compresiune: cca. 400 daN/cm2;- modulul de elasticitate: E = 110.000 – 130.000 daN/cm2;

pentru existenţa nodurilor pe 1/3 din secţiune, se aplică un coeficient de corecţie de 0,6 – 0,7.

Fig. 2: Solicitarea de compresiune în lungul fibrelor.


Fig. 3: Diagrama / pentru lemn de răşinoase supus la:a). întindere în lungul fibrelor (X);b). compresiune în lungul fibrelor (D);


3. Comportarea lemnului la incovoiere (perpendicular pe fibre)SR EN 408 – 1996pentru lemn de răşinoase:

- rezistenţa la încovoiere: cca. 750 daN/cm2;

pentru existenţa nodurilor pe 1/3 din secţiune, se aplică un coeficient de corecţie de 0,45 pentru lemnul ecarisat şi 0,70 pentru lemnul rotund;ruperea se produce prin cedarea zonei comprimate.

Fig. 4: Comportarea lemnului la încovoiere în diferite stadii de lucru:a). – elastic; b). – elasto-plastic; c). – plastic.


4. Comportarea lemnului la strivire (perpendicular pe fibre)STAS 1348 – 1987 se disting 3 cazuri de solicitare la compresiune şi strivire perpendicular pe fibre:

Fig. 5: Compresiune şi strivire a lemnului normal pe fibre:a). – pe întreaga suprafaţă; b). – pe o parte din lungime; c). – pe o parte din lungime şi pe o parte din lăţime.


modulul de elasticitate:- E = 6.000 – 9.000 daN/cm2 (în funcţie de umiditate, specificulinelelor anuale etc.).

rezistenţa:- depinde de unghiul pe care îl face direcţia forţei cu direcţia fibrelor;

Fig. 6: Variaţia rezistenţei la strivire, în funcţie de unghiul .


5. Comportarea lemnului la forfecareSTAS 1651 – 1983 se disting 3 cazuri de comportare a lemnului la forfecare, în funcţie de poziţia planului de forfecare şi direcţia de exercitare a forţei de forfecare:

Fig. 7: Curbele caracteristice de comportare a lemnului la forfecare:

1 – transversală ( t = 350 daN/cm2);

2 – longitudinală paralelă ( p = 80 – 90 daN/cm2);

3 – longitudinală perpendiculară ( pp = 40 – 50 daN/cm2).


6. Factorii care influenţează comportarea lemnului la diferitesolicitări

anizotropia- proprietăţile mecanice depind de unghiul pe care îl face direcţia

forţei cu direcţia fibrelor – valorile maxime sunt atunci când direcţia forţei coincide cu direcţia fibrelor;

Fig. 8: Variaţia rezistenţelor lemnului în funcţie de unghiul la:1 – încovoiere; 2 – întindere şi 3 – compresiune.

umiditatea- rezistenţa scade odată cu creşterea umidităţii, dar numai până la atingerea punctului de saturaţie a fibrei (25-30%) - umiditatea influenţează foarte mult încovoierea şi compresiunea statică şi neînsemnat întinderea şi încovoierea dinamică;

10II. PROPRIETĂŢILE MECANICE ALE LEMNULUI DE CONSTRUCŢII

Fig. 9: Variaţia modulului de elasticitate cu umiditatea.

temperatura:- creşterea temperaturii conduce la scăderea rezistenţelor mecanice; - creşterea temperaturii de la 25oC la 50oC scade rezistenţa la forfecare cu 15-20% şi la compresiune cu 20-40%;- nu se admit construcţii din lemn la o temperatură constant peste 50oC;


densitatea:- rezistenţele mecanice cresc odată cu creşterea densităţii; - dacă densitatea (la răşinoase) scade de la 600 la 400 kg/m3, rezistenţa la compresiune se reduce de 1,5 ori; - nu se admite folosirea ca elemente de rezistenţă în construcţii a lemnului cu densitatea mai mică de 400 kg/m3;

durata de acţiune a încărcării:- mărimea rezistenţei de rupere depinde de viteza de încărcare, indiferent de natura solicitării; - cu cât viteza de încărcare creşte, rezistenţele cresc;- dacă nu se depăşeşte un anumit nivel al încărcării, rezistenţa de rupere a lemnului tinde spre o anumită limită, care se numeşte rezistenţa de rupere la sarcini statice de lungă durată sau, pe scurt, rezistenţa de durată a lemnului d;- aceasta reprezintă valoarea maximă a efortului unitar sub acţiunea căruia elementul de construcţie nu se va rupe, oricât de mare ar fi durata de solicitare;


- coeficientul de durată kd = d / r este:- 0,5 la întindere;- 0,6 la încovoiere;- 0,7 la compresiune.

- aceşti coeficienţi corectează rezistenţele obţinute în laborator, pe epruvete standard;- şi deformaţiile lemnului depind de durata solicitării;

Fig. 10: Curba deformaţiilor în timp la încercări de durată pentru ≤ d.

Fig. 11: Curba deformaţiilor în timp la încercari de durată pentru > d.


III. ŞARPANTA ACOPERIŞULUI; ELEMENTE

CU SECŢIUNE SIMPLĂ

III. ŞARPANTA ACOPERIŞULUI; ELEMENTE CU SECŢIUNE SIMPLĂ 2

1. Alcătuirea şarpantei, elemente componente

Fig. 1: Elementele componente ale unei şarpante:1 – Talpă; 2 – Pop; 3 – Pană de coamă; 4 – Pană intermediară; 5 – Cosoroabă; 6 – Cleşti;

7 – Contrafişe; 8 – Căpriori.

3

2. Tipuri de şarpante din lemnŞarpante din lemn ecarisat:

Şarpanta cu căpriori:

Fig. 2: Alcătuirea şarpantei cu căpriori:1 – Căprior; 2 – Coardă (talpă); 3 – Contravântuiri.a). Distribuţia eforturilor în elemente;b). Rigiditate la încărcări laterale;c). Rigidizarea căpriorilor cu distanţieri.

III. ŞARPANTA ACOPERIŞULUI; ELEMENTE CU SECŢIUNE SIMPLĂ

4

Şarpanta cu scaune:

Fig. 3: Scheme de principiu la şarpante cu scaune:a). Şarpantă cu scaune pentru un acoperiş cu 2 pante, cu reazem intermediar, longitudinal;b). Şarpantă cu 2 rânduri de reazeme intermediare longitudinale.


5

Şarpanta cu scaune (continuare):

Fig. 4: Şarpantă cu scaun dublu:1 – Talpă; 2 – Pop; 3 – Cosoroabă; 4 – Pană intermediară; 5 – Căprior; 6 – Contrafişă; 7 – Cleşti;a). Schema de rezemare căpriori;b). Schema statică în dreptul fermei.

Fig. 5: Şarpantă cu scaun dublu, întărităcu arbaletrieri:1 – Talpă; 2 – Pop; 3 – Cosoroabă; 4 – Pană intermediară; 5 – Căprior; 6 – Contrafişă; 7 – Cleşti; 8 – Arbaletrier;a). Schema de rezemare căpriori;b). Schema statică în dreptul fermei.


Fig. 6: Scheme simplificate pentru şarpantă cu scaun simplu şi şarpantă cu trei scaune:a). Schema şarpantelor;b). Schemă de rezemare căpriori.

6

Şarpanta cu scaune (continuare):


7

Şarpanta cu macaz:

Fig. 7: Şarpantă cu macaz simplu:1 – Talpă; 2 – Căprior; 3 – Arbaletrier; 4 – Cosoroabă; 5 – Pană de coamă; 6 – Montant; 7 – Contrafişă; 8 – Îmbinare montant – coardă;a). Schema de rezemare căpriori;b). Schema statică în dreptul fermei.

Fig. 8: Şarpantă cu macaz dublu:1 – Talpă; 2 – Căprior; 3 – Arbaletrier; 4 – Cosoroabă; 5 – Pană intermediară; 6 – Montant; 7 – Contrafişă; 8 – Îmb. montant –coardă; 9 – Bară transversală; 10 – Cleşti;a). Schema de rezemare căpriori;b). Schema statică în dreptul fermei.


8

Fig. 9: Combinarea şarpantei cu scaune cu şarpanta cu macaz:1 – Talpă; 2 – Cosoroabă; 3 – Pană de coamă; 4 – Pană intermediară; 5 – Montant; 6 – Pop; 7 – Căprior; 8 – Arbaletrier; 9 – Contrafişă; 10 – Cleşti;a). Schema de rezemare căpriori.


9

Şarpante utilizate la clădiri cu pereţi longitudinali:Şarpantă cu scaun simplu:

Fig. 10: Şarpantă cu scaun simplu:1 – Talpă scurtă; 2 – Pop; 3 – Cosoroabă; 4 – Pană de coamă; 5 – Căprior; 6 – Cleşti; 7 – Contrafişăa). Schema de rezemare căpriori.


10

Şarpante utilizate la clădiri cu pereţi longitudinali:

Fig. 11: Şarpantă cu scaune duble oblice. Varianta I:1 – Talpă; 2 – Pop înclinat; 3 – Cosoroabă; 4 – Pană de coamă; 5 – Pană interm.; 6 – Căprior; 7 – Cleşti;a). Schema de rezemare căpriori;b). Schema statică în dreptul fermei.

Fig. 12: Şarpantă cu scaune duble oblice. Varianta II:1 – Talpă; 2 – Pop înclinat; 3 – Cosoroabă; 4 – Pană de coamă; 5 – Pană interm.; 6 – Căprior; 7 – Cleşti;a). Schema de rezemare căpriori;b). Schema statică în dreptul fermei.


Fig. 13: Şarpantă cu scaun drept central şi două scaune oblice:1 – Talpă; 2 – Pop înclinat; 3 – Pop vertical; 4 – Cosoroabă; 5 – Pană de coamă; 6 – Pană interm.; 7 – Căprior; 8 – Cleşti;a). Schema de rezemare căpriori;

11



12


Fig. 14: Şarpanta de la figura 13, întărită cu arbaletrieri:1 – Talpă; 2 – Pop înclinat; 3 – Pop vertical; 4 – Cosoroabă; 5 – Pană de coamă; 6 – Pană interm.; 7 – Căprior; 8 – Cleşti; 9 – Arbaletrieri;a). Schema de rezemare căpriori;


13

Şarpante utilizate la clădiri cu pereţi transversali:

Fig. 15: Şarpantă cu două scaune:1 – Talpă scurtă; 2 – Pop; 3 – Cosoroabă; 4 – Pană de coamă; 5 – Pană interm.; 6 – Căprior; 7 – Contrafişă; 8 – Cleşti;a). Schema de rezemare căpriori;b). Schema statică în dreptul fermei.


14

Şarpante utilizate la clădiri cu pereţi transversali:

Fig. 16: Şarpantă cu 6 scaune:1 – Talpă scurtă; 2 – Pop; 3 – Cosoroabă; 4 – Pană de coamă; 5 – Pane intermediare; 6 – Căprior; 7 – Contrafişe; 8 – Cleşti;


15

Şarpante utilizate la acoperişuri cu o singură apă:

Fig. 17: Şarpantă la acoperiş cu o singură apă:1 – Talpă; 2 – Pop; 3 – Cosoroabă; 4 – Pană de coamă; 5 – Panăintermediară; 6 – Căprior; 7 – Contrafişe; 8 – Cleşti; 9 - Ancoraj


16

Şarpantă la acoperiş cu 2 ape din grinzi încleiate:

Fig. 18: Şarpantă la acoperiş cu 2 ape, din grinzi încleiate:1 – Ancoraj + bulon; 2 – Talpă superioară; 3 – Talpă inferioară; 4 – Diagonale; 5 – Ancoraj + buloane


17

Şarpantă pe ferme din lemn:

Fig. 19: Şarpantă pe ferme din lemn:1 – Talpă inferioară; 2 – Aparat de reazem; 3 – Diagonale; 4 – Montanţi; 5 – Piesă de îmbinare în nod central; 6 – Talpă superioară; 7 – Pane; 8 – Învelitoare; 9 – Pană de capăt.


18

3. Stabilirea încărcărilor pentru calculul elementelor şarpanteiCalcul şipci

Fig. 20: Stabilirea încărcărilor pentru calculul şipcilorşi schema de calcul a şipcilor.


19

Calcul astereală

Fig. 21: Stabilirea încărcărilor pentru calculul asterealei şi schema de calcul a asterealei.

Fig. 22: Stabilirea eforturilor unitare normale în scândurile asterealei.


20

Calcul căpriori

Fig. 23: Stabilirea încărcărilor pentru calculul căpriorilor şi schema de calcul a căpriorilor.


21

Calcul pane

Fig. 24: Stabilirea încărcărilor pentru calculul panelor şi schema de calcul a panelor.


22

Calcul popi

Fig. 25: Schema de calcul a popilor:a). – popi verticali; b). – popi înclinaţi.

Stabilirea suprafeţei de strivire.


23

4. Calculul elementelor din lemn cu secţiune simplă4.1. METODA REZISTENŢELOR ADMISIBILE (MRA)–STAS 856/1971

Elemente solicitate la întindere axialăCalculul se face în ipoteza distribuirii uniforme a eforturilor unitare normale, ţinând seama de slăbirile existente, deşi în zona slăbitădistribuţia eforturilor nu este uniformă;Slăbirile existente pe o porţiune în lungul barei de max. 20 cm se consideră în aceeaşi secţiune transversală;

][daN/cmσA

Nσ 2

at

n

t

Elemente solicitate la compresiune axialăCalculul barelor scurte comprimate sau la care deformaţiile axei medii în sens transversal sunt împiedicate se face ţinând seama de slăbirile existente în bară;

Dacă axa medie se poate deforma, se impune verificarea stabilităţii;

- lf este funcţie de prinderile barei la capete, iar Ac funcţie de slăbirile secţiunii (4 cazuri)

][daN/cmσA

Nσ 2

ac

n

c

][daN/cmσA

Nσ 2

acc

c

2/3100 - hiperbola lui Euler; AIiil f /;/ minmin ; abace !


24

Elemente solicitate la încovoiere (cca. 80-85%)

încovoierea simplă:

verificarea se face în zona cu moment maxim, ţinând seama de slăbiri;încovoierea oblică:

calculul (verificarea) săgeţii:

Elemente solicitate la compresiune excentricăElemente supuse simultan la forţe axiale de compresiune şi momente încovoietoare;Cazuri practice: încărcări transversale; curbură iniţiala, etc.

Calculul forţei tăietoare se face similar:

Elemente solicitate la întindere excentrică

][daN/cmσW

Mσ 2

ai

net

][daN/cmσW

M

W

Mσ 2

ai

y

y

x

x

admef ff

;W

M

A

Nσ

net

0

net

;σA

N

31001

acbr

2

10

0T

;W

M

A

Nσ

net

0

net

1 - nu se ia în considerare;


25

Reguli generale privind proiectarea construcţiilor din lemnSe vor respecta toate cerinţele impuse de Legea 10/1995 (calitatea);Se vor lua măsuri de protecţie ignifugă şi insectofungicidă şi contra temperaturii > 50oC;Alegerea sistemului constructiv – funcţie de calitatea şi procentul de umiditate a lemnului;Eliminarea îmbinărilor metalice (cu oţel de construcţii) în mediu cu agresivitate chimică;Îmbinările vor asigura transmiterea uniformă a eforturilor la toate piesele componente (se vor folosi aceleaşi tipuri de legături – cuie, buloane, etc. –dispuse simetric în secţiune);Îmbinările se vor executa cu mare precizie şi se va asigura controlul lor în exploatare;Secţiunea netă a pieselor de rezistenţă va fi de min. 40 cm2 şi min. ½ din aria brută (grosimea secţiunii brute va fi min. 6 cm, iar a celei nete de min. 3 cm);Elementele şarpantelor clasice pentru acoperişuri se calculează ca grinzi simplu rezemate cu deschiderea = lumina + 10 cm, dar max. distanţa dintre reazeme;Nu se ţine seama în calcule de eforturile datorate variaţiilor de temperatură;Eforturile unitare efective, respectiv săgeţile efective nu vor fi mai mari cu 3% sau mai mici decât 5% faţă de eforturile, respectiv săgeţile adm.;

Grupări de încărcări- Încărcări permanente (incl. greut. proprie) şi încărcarea din zăpadă;- Încărcări permanente (incl. greut. proprie), ½ zăpadă, presiunea vântului;- Încărcări permanente (incl. greut. proprie) şi o sarcină (utilă) conc. - 100 daN.


26

4.2. METODA STĂRILOR LIMITĂ (MSL)–NP005-1996Noţiuni generale

Elementele şi construcţiile din lemn se verifică în domeniul elastic al comportării materialului;Construcţiile şi elementele de construcţie se clasifică în funcţie de durata de exploatare în construcţii permanente şi construcţii provizorii;După condiţiile de exploatare a construcţiilor din lemn, elementele acestora se clasifică în următoarele clase de exploatare:

clasa 1 de exploatare caracterizată prin umiditatea conţinută de materialul lemnos corespunzătoare unei temperaturi de 0-20±2°C şi umiditatea relativă a aerului i ≤ 65%;

clasa 2 de exploatare caracterizată prin umiditatea conţinută de materialul lemnos corespunzătoare unei temperaturi de 0-20±2°C şi umidităţi relative a aerului 65% ≤ i ≤ 80%;

clasa 3 de exploatare caracterizată prin umiditatea conţinută de materialul lemnos superioară celei din clasa 2 de exploatare;

Stările limită luate în considerare:stări limită ultime, corespunzând epuizării capacităţii portante:- ruperi de diferite naturi;- pierderea stabilităţii formei sau a poziţiei;- ieşirea din lucru datorită unor deformaţii remanente excesive;

stări limită ale exploatării normale, corespunzând întreruperii capacităţii de exploatare normală a elementelor de construcţie, datorită, în special, deplasărilor statice sau dinamice excesive.


27

Rezistenţele de calcul ale lemnului masiv

- mui sunt coeficienţi ai condiţiilor de lucru care introduc în calcul umiditatea deechilibru a materialului lemnos, conform condiţiilor de exploatare a elementelorde construcţie;- mdi sunt coeficienţi ai condiţiilor de lucru stabiliţi pe baza duratei de acţiune aîncărcărilor;- Ri sunt rezistenţele caracteristice ale diferitelor specii de lemn, la diversesolicitări;- gi sunt coeficienţi parţiali de siguranţă, definiţi în funcţie de tipul solicitărilor.

i

iRmmRg

diuici , unde:

Deformaţiile maxime admise

- fmax,final este deformaţia (săgeata) maximă finală din încovoiere;- f1 este săgeată datorată încărcărilor permanente (deformaţia transversală peaxa elementului);- f2 este săgeata datorată încărcarilor temporare;- fi este săgeata din curgerea lentă a îmbinărilor;- fc este contrasăgeata iniţiala a grinzii neîncărcate;

cifinal f ffff 21max, , unde:


28

Relaţii generale de calculCapacitatea portantă a barelor simple din lemn, la diferite solicitări, se stabileşte cu relaţia generală de calcul:

- Fi este capacitatea portantă a barei din lemn masiv la solicitarea i stabilită înfuncţie de specia materialului lemnos, clasa de calitate a lemnului şi condiţiilede exploatare;- Si este caracteristica secţională (arie, modul de rezistenţă) în mm2 sau mm3; - mTi este coeficientul de tratare a lemnului (în funcţie de tipul solicitării).

La elementele încovoiate se verifică obligatoriu şi condiţia de rigiditate (deformaţie):

- fadm este deformaţia maximă admisă.

T ii mSRF ici , unde:

admfinal ffmax, , unde:



IV. ÎMBINĂRI FOLOSITE LA CONSTRUCŢIILE DIN LEMN

IV. ÎMBINĂRI FOLOSITE LA CONSTRUCŢIILE DIN LEMN 2

Sortimentele de material lemnos folosite în construcţiile din lemn sunt limitate ca secţiune şi lungime şi nu satisfac cerinţele practicii. Elementele de construcţii din lemn se realizează în funcţie de posibilităţile de livrare a cherestelei, în general fiind necesară îmbinarea pieselor de cherestea.

1. Clasificarea îmbinărilor:după rolul îndeplinit: - de prelungire;

- de solidarizare;- îmbinări în noduri.

Fig. 1: Moduri de îmbinare:a – de prelungire; b – de solidarizare; c – în noduri.

3

după natura solicitărilor:solicitate la strivire şi forfecare (prin chertare);solicitate la încovoiere şi strivire (cu tije cilindrice sau lamelare);solicitate la forfecare (încleiate);solicitate la smulgere (cu şuruburi şi cuie);solicitate la întindere (piese metalice – juguri);legături de siguranţă (buloane, scoabe, cuie).

după modul de execuţie:în fabrici sau ateliere specializate;pe şantier.

Cu excepţia îmbinărilor încleiate, toate tipurile de îmbinăricedează în timp sub solicitări:

dacă cedarea se produce progresiv ca urmare a creşterii deformaţiilor plastice, îmbinarea se consideră cu legături flexibile (elastice) – legăturile sunt solicitate la încovoiere, iar piesele din lemn la strivire;dacă cedarea se produce brusc, îmbinarea se consideră cu legături rigide – forfecare, pericolul cedărilor neavertizate este foarte mare (atenţie la chertări sub unghiuri mici, chertări imprecise la îmbinări frontale ortogonale cu prag dublu sau centrări incorecte ale nodurilor de reazem).


4IV. ÎMBINĂRI FOLOSITE LA CONSTRUCŢIILE DIN LEMN

2. Reguli de realizare a legăturilor într-o îmbinare:legăturile să fie de acelaşi tip şi să aibă aceleaşi caracteristici;aşezarea legăturilor în îmbinare să fie simetrică în raport cu axa elementului;să se poată executa mecanizat, asigurându-se precizia necesară;să se asigure o vizitare uşoară a îmbinării şi posibilităţi de intervenţie pentru reparaţii;calculul se face pentru capacitatea portanta a barei, admiţându-se o repartizare a eforturilor în îmbinare proporţional cu numărul şi capacitatea legăturilor;acţiunea forţelor de frecare nu se ia în considerare când are efect favorabil, dar se ţine seama de ea când efectul este nefavorabil;

3. Alcătuirea şi calculul îmbinărilor cu chertare:Sunt cele mai vechi tipuri de îmbinări: asigură transmiterea efortului de la o piesă la alta direct prin suprafaţa de contact prelucrată corespunzător. Legăturile folosite (cuie, scoabe, buloane, etc.) au rol de siguranţă, prevenind eventuala deplasare a pieselor îmbinate. În prima fază aceste deformaţii produc tulburări în sistem, dar apoi legăturile devin rigide.

5

Fig. 2: Chertare frontală ortogonală.


Clasificarea legăturilor prin chertare:chertare frontală:- ortogonală;

- cu prag simplu;

- cu prag dublu;- cu 3 suprafeţe de rezemare;

- după bisectoare;- normală la suprafaţa de forfecare.chertare laterală;îmbinări cu cep.


Fig. 3: Chertare cu prag simplu.

Fig. 4: Chertare cu prag dublu.

Fig. 5: Chertare cu 3 suprafeţe de rezemare:a. cadru de lemn;b. fermă cu talpa superioară frântă.


Fig. 6: Chertare după bisectoare.

Fig. 7: Chertare normală la suprafaţa de forfecare.

Fig. 8: Chertare laterală.


Fig. 9: Îmbinări cu cep:a. cu cep ascuns şi umăr; b. prin suprapunere şi cep ascuns;c. cu cep străpuns şi bulon; d. cu cep plat înclinate. cu umăr drept şi cepuri rotunde; f. cu umăr înclinat şi cepuri rotunde.


4. Alcătuirea şi calculul îmbinărilor cu pene:Penele se folosesc la realizarea unor elemente cu secţiunea compusă şi sunt de formă: prismatică, inelară etc., montate în locaşuri amenajate în prealabil sau neamenajate, având rolul de a împiedica deplasarea reciprocă a pieselor componente, lucrând în general la strivire sau forfecare.

Clasificarea penelor:după materialele din care sunt realizate:- lemn;

- oţel;

- mase plastice;după forma lor: - prismatice;

- inelare;

- netede;- cu dinţi;după modul de realizare a îmbinării: - introduse în locaşuri pregătite;

- prin presare.


Caracteristic penelor este că dau împingeri transversale, pentru preluarea lor eficientă fiind necesare buloane şi anumite dimensiuni constructive ale acestora şi ale chertării (lp>5hc).

Îmbinări cu pene prismatice din lemn:se recomandă numai la construcţii provizorii;în funcţie de direcţia fibrelor penelor în raport cu direcţia fibrelor pieselor îmbinate, penele prismatice din lemn pot fi: - transversale- longitudinale orizontale;- longitudinale înclinate;se prevăd obligatoriu buloane de strângere (calculate la întindere);

Fig. 10: Modul de lucru al unei pene prismatice.


Calculul întinderii în bulon:

;l

hTNQ

p

cpbp

p

0cpbp

l

)a(hTNQ

(îmbinări cu coţuri)

Fig. 11: Pene duble transversale.

Fig. 12: Pene transversale şi bulon.

Fig. 13: Pene longitudinale oblice.

Fig. 14: Pene longitudinale drepte.


Fig. 15: Utilizarea penelor:a. înnădire cu pene transversale;b. grindă compusă cu pene transversale.


Îmbinări cu pene metalice inelare:pene din fontă în formă de disc;pene inelare netede sub formă de inel închis;pene inelare netede sub formă de inel cu tăietura.

Fig. 16: Tipuri de pene metalice inelare:a. în formă de disc (din fontă);b. inel închis;c. inel cu tăietură.


Fig. 17: Tipuri de pene inelare.

Fig. 18: Pene inelare.

Fig. 19: Locaşuri pentru pene inelare.


Calculul constă în determinarea efortului admisibil pentru o singurăpană:- din condiţia de strivire:

- din condiţia de forfecare:

Fig. 20: Inele Appel şi Rigling:a. alcătuire;b. montajul semi-inelelor.

;hdT as(a)ppps

;4

d2T

p

pf a


Îmbinări cu pene metalice cu dinţi sau ghiare:Calculul se face cu relaţia empirică:

;200dT ap

Fig. 21: Tipuri de pene cu dinţi sau ghiare (crampoane).


Fig. 22: Pene cu dinţi sau ghiare.

Fig. 23: Exemplu de montaj al penelor.


5. Îmbinări cu tije:Tijele folosite în construcţiile din lemn sunt piese care asigurăîmpiedicarea deplasării reciproce a pieselor de îmbinat şi lucreazăîn general la încovoiere.

Clasificarea tijelor:după materialul folosit:- lemn;

- metal;

- mase plastice;după formă: - cilindrice (buloane, cuie, şuruburi pentru lemn, dornuri);

- lamelare (plăcuţe din lemn de esenţă tare sau metal);

după modul de execuţie: - introduse în locaşuri pregătite;

- prin batere

- prin înşurubare;după numărul planurilor de lunecare: - una, două, etc. secţiuni de forfecare;după modul de solicitare (deformare) a tijei: - simetrice;

- nesimetrice.


Distrugerea unei îmbinări cu tije: forfecarea tijei sau forfecarea şi despicarea lemnului;Îmbinări cu tije cilindrice:

Fig. 24: Îmbinări cu tije:a. simetrice;b. nesimetrice.


Fig. 25: Modul de cedare a unei îmbinări cu tije cilindrice:a. cedare prin depăşirea presiunii pe gaură într-o piesă;b. cedare prin depăşirea presiunii pe gaură în ambele piese;c. cedare prin formarea unei articulaţii plastice în tijă în dreptul unei piese;d. cedare prin formarea unei articulaţii plastice în tijă în dreptul ambelor piese;


Se determină efortul admisibil al tijelor din condiţia de strivire a lemnului şi din condiţia de încovoiere (se dau aceste eforturi admisibile în funcţie de esenţa lemnului folosit, umiditate, temperatură, unghiul pe care îl face direcţia forţei cu direcţia fibrelor, numărul secţiunilor de forfecare, etc. – tabele!;Dispunerea tijelor cilindrice în îmbinare se face la astfel de distanţe încât să nu permită distrugerea tijei la încovoiere sau strivirea şi despicarea lemnului – tabele!;

Fig. 26: Dispunerea tijelor pe un număr par de rânduri longitudinale.


Fig. 27: Număr par sau impar de rânduri (a. în zig-zag; b. în diagonală).

Fig. 28: Distanţe minime de aşezare a tijelor.


Cuiele cu diametrul de max. 6 mm se bat direct; peste acest diametru, se face o gaură în prealabil cu diametrul de 0,9 din diametrul tijei;Lungimea de calcul a cuielor se determină scăzând din lungimea efectivă, 1,5 d (pentru vârful cuiului) + 2 mm (pentru fiecare rost străbătut);Pentru îmbinări cu eclise se folosesc obligatoriu buloane;Pentru solicitări dinamice se folosesc şuruburi pentru lemn (holtz-şuruburi).

Fig. 29: Modul de stabilire a lungimii cuiului.


6. Îmbinări cu tije lamelare (plăcuţe):Tijele lamelare din oţel, lemn de stejar sau alte specii de foioase tari se folosesc la realizarea grinzilor cu secţiune compusă, solicitate la încovoiere sau la încovoiere cu compresiune, cu scopul de a împiedica deplasarea reciprocă a elementelor în sens longitudinal.Îmbinările cu tije lamelare au o comportare foarte bună datoritărigidităţii lor mai reduse şi posibilităţii unei execuţii mai precise (mecanizate) a chertărilor.Datorită aşezarii în secţiune, tijele lamelare lucrează la încovoiere, strivire şi forfecare normal pe fibre, iar piesele de îmbinat, pe porţiunea dintre plăcuţe, lucrează la forfecare şi strivire în lungul fibrelor.Calculul îmbinărilor cu tije lamelare se face, principial, la fel ca pentru tijele cilindrice.Pentru tijele lamelare din stejar, pentru grinzi de brad şi molid exploatate în condiţii normale de umiditate şi temperatură şi calculate la acţiunea încărcărilor permanente şi temporare, efortul admisibil se determină cu relaţiile:

- din condiţia de strivire:

- din condiţia de încovoiere:

ppas bh11T

ppai b14T


Dacă se folosesc tije lamelare din alte specii sau dacă intervine influenţa umidităţii şi a altor factori, se aplică coeficienţi de corecţie (întabulaţi!);Din condiţia de egală rezistenţă a tijelor lamelare din lemn, din condiţia de strivire, încovoiere şi forfecare a pragului dintre două tije lamelare, rezultă distanţa dintre tije, care trebuie săfie cel puţin 2hp sau 9p.

Fig. 30: Îmbinări cu placuţe elastice din lemn de stejar:a. când lăţimea grinzii este mai mică de 15 cm;b. când lăţimea grinzii este mai mare de 15 cm.


7. Piese şi elemente metalice folosite la îmbinări:Dimensiunile minime ale pieselor metalice se iau luând în considerare coroziunea lor în timp, impunându-se pentru piesele cu secţiunea circulară un diametru minim de 12 mm, iar pentru cele din oţel lat o grosime minimă de 6 mm.Tiranţi – sunt utilizaţi la tălpile inferioare ale arcelor şi fermelor din lemn, sau diagonale ale fermelor, precum şi la realizarea unor dispozitive de susţinere solicitate puternic la întindere.- întinderea tiranţilor se realizează prin strângerea piuliţelor prevăzute de obicei la ambele capete sau prin introducerea unui manşon de strâns cu filet stânga – dreapta;

Fig. 31: Îmbinare tirant:a. tirant din oţel rotund + tachet şi plăcuţe metalice;b. tirant din oţel rotund + contra-placă.


- în cazul în care transmiterea eforturilor se face prin doi sau mai mulţi tiranţi, trebuie să se ţină seama de posibilitatea suprasolicitării unuia dintre tiranţi, prin introducerea unui coeficient de corecţie ka;- pentru cazul utilizării a 2 sau 3 tiranţi: ka = 0,8;- calculul tiranţilor se face cu relaţia:

ata

n

tai kA

NT


Scoabe – sunt realizate din oţel rotund sau pătrat de 10-18 mm grosime.- scoabele se folosesc în general pentru construcţii provizorii;- efortul admisibil al unei scoabe, în cazul introducerii prin batere, când lungimea de încastrare este de minim 6-7 ds, poate fi considerat egal cu efortul admisibil al unui bulon cu acelaşi diametru.

Fig. 32: Îmbinări cu scoabe. Date constructive.


Juguri metalice şi zbanţuri – se utilizează, în general, la realizarea îmbinărilor în noduri, pentru îmbinările de prelungire supuse la compresiune şi încovoiere sau pentru susţinere.- forma jugurilor este dată, în general, de natura îmbinării;- calculul jugurilor curbe se face considerându-se eforturile de strivire s uniform distribuite pe suprafaţa diametrală;- calculul zbanţurilor presupune şi verificarea strivirilor care se produc pe faţa teşită a pieselor din lemn îmbinate.

Fig. 33: Juguri şi zbanţuri din oţel.


Piese metalice speciale – se utilizează la îmbinarea barelor drepte în noduri.- permit simplificarea montajului şi reducerea înălţimii construcţiei;- piesele metalice de acest tip sunt realizate de diferite tipuri şi cu profilări diverse, din oţeluri speciale, protejate la coroziune, de obicei prin zincare.

Fig. 34: Plăci metalice cu cuie şi/sau ghiare:a. Tip “Twinaplate”;b. Tip “Gang Nail”;c. Tip “Menig”.


Fig. 35: Corniere pentru îmbinări riglă-stâlp.

Fig. 36: Piesă de rezemare pentru grinzi.


Fig. 37: Piese de legătură pentru grinzi.

Fig. 38: a. Piese de continuizare la grinzi.b. Piese de legătură înglobate.


Fig. 39: Plăci pregăurite pentru ferme şi contravântuiri.


V. ÎMBINĂRI ÎNCLEIATE

1. Îmbinări încleiate:Până la începutul secolului XX adezivii utilizaţi pentruîncleierea lemnului erau cei naturali;După anul 1930 a început dezvoltarea chimiei răşinilorsintetice, prima dintre acestea folosită ca adeziv fiind răşinafenolformaldehidică, folosită la asamblarea lemnului şiplacajelor;În anul 1950 se introduc pe scară industrială răşinileepoxidice.

Clasificarea adezivilor utilizaţi pentru realizarea îmbinărilor încleiate:

după temperatura de întărire:- la rece (sub 20°);

- la temperatura camerei (20-30°);

- la temperatură intermediară (30-100°);

- la cald (peste 130-100°).

V. ÎMBINĂRI ÎNCLEIATE 2

după starea de agregare:- soluţii; - prafuri;- pelicule (filme).

după rezistenţa la apă a peliculelor:- cleiuri foarte rezistente la apă (min. 15 daN/cm2 după o orăde fierbere sau 48 ore imersie în apă);- cleiuri rezistente la apă (min. 7 daN/cm2 dupa o oră de fierbere sau 24 ore imersie);- cleiuri nerezistente la apă.

după durabilitatea peliculei:- grupa I – cleiuri rezistente la intemperii – rezistente la apă,variaţii de umiditate, microorganisme (pe bază de fenol, rezorcină, laminoformaldehidă); - grupa II – cleiuri rezistente la apă – rezistă un timp limitat la apă şi intemperii (pe bază de ureoformaldehidă);- grupa III – cleiuri semirezistente – au o rezistenţă limitatăla apă şi bacterii (pe bază de albumina şi cazeină);- grupa IV – cleiuri de interior – nu rezistă la acţiunea apei şi a ciupercilor (pe bază de gelatină şi emulsii polivinilice).


Factorii de selecţie a cleiului:

- preţ de cost;- toxicitate;- proprietăţi anticorozive;- culoare;- miros etc.

- tipul suprafeţelor de contact;- starea de agregare a adezivului;- metoda de aplicare;- solicitările mecanice ale îmbinării;- condiţii de utilizare;


Condiţii pentru determinarea dimensiunilor îmbinării încleiate:

- grosimea stratului de adeziv;- condiţiile de mediu la utilizarea încleierii;- proprietăţi anticorozive;

- tipul de adeziv;- pregătirea suprefeţelor pieselorde îmbinat;- parametrii regimului de încleiere;

Fazele procesului de încleiere:

- închiderea încleierii;- întărirea adezivului.

- pregătirea adezivului;- aplicarea adezivului;

Factorii care influenţează procesul de încleiere (priză):

- factorul clei (grosimea peliculei, uniformitatea, calitatea etc.);- factorul lemn (specie, umiditatea max. 15%; suprafeţe curate, prelucrate, degresate);- factorul mediu ambiant (temperatura, umiditatea, presiunea vaporilor, viteza aerului).


Factorii care influenţează caracteristicile mecanice ale îmbinărilor:

umiditatea lemnului:- conduce la necesitatea limitării grosimii lamelelor;- umiditatea va fi apropiată de cea din condiţiile de exploatare a construcţiei;- efectul umidităţii se ia în considerare prin aplicarea unor coeficienţi de reducere.tipul şi modul de dispunere a îmbinărilor în înnădire:- datorită acestora, se aplică coeficienţi de reducere (0,85 pentru teşitura cu panta de 1/10 şi 0,90 pentru teşitura cu panta de 1/12);

forma secţiunii transversale: - pentru grinzi se recomandă raportul h/b=2; - pentru raportul h/b=4-6 se remarcă o reducere a rezistenţei de 10%;raportul l/b: - este recomandabil ca acesta să fie mare; - la un raport l/b=8 modulul de elasticitate se reduce cu cca. 20%;numărul de lamele din pachet: un număr mai mare de lamele conduce la o comportare mai bună.


Caracteristici ale îmbinărilor încleiate:Îmbinările încleiate lucrează, în general, la forfecare în lungul rosturilor încleiate, fără împingeri transversale. Îmbinările încleiate asigură o comportare monolită a pieselor şi înlătură posibilitatea deformaţiilor independente ale pieselor componente.Elementele din lemn încleiat executate raţional au proprietăţi elastice şi mecanice superioare elementelor realizate din lemn obişnuit. Sporul de rezistenţă se realizează pe seama unei dispuneri corecte a materialului lemnos de diferite clase de calitate (I; II; III) în alcătuirea secţiunii transversale, permiţând folosirea pieselor cu secţiuni mici pentru alcătuirea elementelor cu secţiuni mari.


Elementele de construcţie încleiate se realizează numai din lemn ecarisat.Tipurile de elemente de construcţie încleiate pot fi foarte variate: grinzi drepte sau curbe, arce, cadre, ferme etc.

Date constructive şi particularităţi ale elementelor de construcţie din lemn încleiat:

Moduri de îmbinare:- cap la cap;- pe suprafeţe teşite; - în formă de dinţi sau dinţi pană;- prin intermediul unor şaibe metalice;

îmbinările cap la cap se folosesc la elementele comprimate şi în zona comprimată a acestora, precum şi în zona centrală, slab solicitată;

îmbinările pe suprafeţe teşite sau în dinţi pană se folosesc în zonele întinse şi pentru elementele întinse.

Fig. 1: Îmbinarea pieselor din cherestea în elemente şi structuri încleiate:a. îmbinare cap la cap;b. îmbinare pe suprafeţe teşite;c. îmbinare în formă de dinţi;d. îmbinare în formă de dinţi pană.



Într-o singură secţiune transversală a unui element de construcţierealizat prin încleiere, numărul scândurilor sau dulapilor întrerupţi vafi de ¼ din secţiune.Lungimea minimă a scândurilor sau dulapilor din pachetul carealcătuieşte elementul de construcţie realizat prin încleiere va fi de2,50 m, iar grosimea acestora de cel mult 50 mm la elementeleliniare şi cel mult 1/300 din raza de curbură la elementele curbe.Îmbinarea pe suprafeţe teşite se face pe 0,10-0,15 din înălţimeasecţiunii (h), în zona întinsă a elementelor liniare, panta teşiturii fiindde 1/10, iar la elementele curbe (arce) îmbinarea pe suprafeţe teşitese face atât în zona întinsă cât şi în zona comprimată a acestora,panta teşiturii fiind de 1/6. La elementele curbe (arce) avândR/a>300, îmbinarea se va face în dinţi pană pe o adâncime de 0,10 hatât în zona întinsă cât şi în zona comprimată (R este raza de curburăiar a grosimea scândurii sau dulapului).Distanţa minimă dintre două îmbinări cap la cap învecinate (perânduri succesive în pachet) este de 20 a; distanţa similară dintredouă îmbinări pe suprafeţe teşite este de min 10a.Aşezarea scândurilor sau dulapilor în secţiunea elementelor încleiatese va face astfel încât inelele anuale să fie în acelaşi sens, spre a seevita solicitarea cleiului la întindere datorită contragerii şi umflării.Lăţimea maximă a secţiunii elementelor din lemn încleiat realizatedintr-o singură piesă (scândură sau dulap) va fi de 14 cm; pesteaceastă lăţime, secţiunea se realizează din două sau mai multe piesesuprapuse în rânduri succesive, prin ţesere.


Fig. 2: Modul de ţesere în lăţime şi pe înălţime a pieselor în cazul elementelor

încleiate cu lăţimea secţiunii transversale > 14 cm.

Fig. 3: Modul de realizare a pachetelor de scânduri încleiate cu aşezarea alternantă(incorectă) a inelelor anuale şi aşezarea convergentă (corectă) a inelelor anuale.


Fig. 4: Modul de dispunere a cherestelei de calităţi diferite pe înălţimea secţiunii transversale

în cazul elementelor solicitate la încovoiere.


Fig. 5: Normele privind îmbinarea scândurilor pe înălţimea secţiunii transversale şi în lungul elementelor încovoiate (sus – la grinzi;

jos – la arce).


Fig. 6: Alcătuirea constructivă a elementelor încleiate şi dispunerea cherestelei de diferite

categorii de calitate, în funcţie de natura solicitării.


Fig. 7: Îmbinări cu şaibe metalice încleiate:a. îmbinare de prelungire; b. îmbinare de nod; 1 – eclise;2 – şuruburi de lemn;3 – şaibe (plăcuţe).


VI. CALCULUL ELEMENTELOR DIN LEMN CU SECŢIUNE

COMPUSĂ

VI. CALCULUL ELEMENTELOR DIN LEMN CU SECŢIUNE COMPUSĂ 2

Elementele din lemn cu secţiunea compusă pot fi solicitate la:

încovoiere (grinzi solidarizate cu pene, tije etc);compresiune (tălpile şi diagonalele fermelor etc);compresiune cu încovoiere (stâlpi, arce, cadre, tălpile superioare ale fermelor cu încărcari între noduri etc.).

Datorită cedării în timp a legăturilor îmbinărilor, cu excepţia celor încleiate, barele cu secţiune compusă au, în general, o rigiditate redusă. Calculul barelor din lemn cu secţiunea compusă se face ţinând seama de reducerea rigidităţii.

Stabilirea metodei practice de calcul pentru barele cu secţiunea compusă se face analizând particularităţile şi modul de comportare a unor grinzi avind aceeaşi deschidere, secţiune transversală şi încărcare, caracterizate prin momentul de inerţie (I), modulul de rezistenţă (W), săgeata (f), forţa de lunecare (T), solidarizate prin intermediul unor legături perfect rigide R, flexibile F şi fără legături O.


Se definesc astfel caracteristicile elementelor din lemn cu secţiunea compusă, în funcţie de rigiditate:

- ki, kw, kt sunt coeficienti de echivalenţă întabulaţi având valorile:

;III RFO ;WWW RFO ,fff RFO astfel:

;IkII RiFcalc

;WkWW RwFcalc

;k

ff

i

Rcalc

,TkT FTcalc unde:

;1kI

Ii

R

1

;1kW

Ww

R

1

.1k0 t


Grinzi cu secţiunea compusă solicitate la încovoiere:Calculul constă în verificarea efortului unitar normal sau determinarea modulului de rezistenţă necesar şi în verificarea săgeţii.Pentru elemente cu legături flexibile se impune determinarea numărului de legături necesare pentru preluarea efortului de lunecare. Calculul se face cu relaţia:

- kW= 0,9 sau 0,8 pentru două sau trei elemente îmbinate cu pene prismatice, plăcuţe sau pene inelare (0,8 sau 0,6 pentru două sau trei elemente îmbinate cu cloţuri).

Numărul de legături se stabileşte cu relaţia:

Grinzile cu legături flexibile se realizează cu contrasăgeată.

,ai

nWF

σWk

M

W

Mσ

unde:

leg

2

1

legT

L

1,5n

Grinzi cu secţiunea compusă solicitate la compresiune axială:După modul de alcătuire sunt 5 categorii principale de astfel de elemente:- elemente pachet solicitate la extremităţi;- elemente cu fururi sau eclise lungi la care numai elementele principale sunt legate de structură: I = Ip + 0,5 Is , unde Ip şi Issunt momentele de inerţie ale elementelor principale respectiv secundare (fururile lungi);- elemente cu fururi scurte şi izolate la care pentru calculul momentului de inerţie I se iau în considerare numai elementele continue;- elemente cu zăbrele;- elemente cu inimă plină.

Grinzi cu secţiunea compusă solicitate la compresiune cu încovoiere:

Calculul constă în verificarea condiţiei de rezistenţă, a condiţiei de stabilitate a unui element izolat şi în verficarea la lunecare. La aceste elemente kW=0,9 pentru barele cu un rost şi kW=0,8 pentru barele cu mai multe rosturi.



verificarea rezistenţei:

verificarea stabilităţii (la flambaj):

unde φ1 este coeficientul de flambaj al unui singur element din pachet;

verificarea la lunecare (calculul numărului de legături):

ac

nWn

σξWk

M

A

Nσ

,ac

σ1ξbrW

M

brA

Nσ

legbr

brleg

TIξ

SM1,5n


Fig. 1: Bare cu secţiune compusă solidarizate cu legături rigide R, flexibile F şi fărălegături.


Fig. 2: Tipuri de elemente (bare) cu secţiune compusă solicitate la compresiune cu flambaj: a – bare pachet; b – bare cu fururi continue; c – bare cu eclise continue;

d – bare cu fururi scurte; e – bare cu zăbrele; f – bare cu inimă plină.


Fig. 3: Grinzi cu secţiune compusă solidarizate cu pene prismatice din lemn:a – transversale reglabile; b – longitudinale drepte; c – oblice; d – cu cloţuri.


Fig. 4: Grinzi cu secţiune compusă solidarizate cu pene lamelare: a – din două elemente; b – din trei elemente; c – detalii constructive.


Fig. 5: Grinzi cu secţiune compusă solidarizate cu scânduri încrucişate bătute în cuie.


VII. CONSTRUCŢII DIN ELEMENTE PLANE

- GRINZI -

VII. CONSTRUCŢII DIN ELEMENTE PLANE - GRINZI - 2

Grinzi cu alcătuire simplă:grinzi din lemn ecarisat: lungimea nu depăşeşte 6,00m;grinzi cu console şi articulaţii (Gerber): sunt din lemnrotund, cioplit sau ecarisat:- se folosesc ca pane de acoperiş – prin plasarea judicioasă aarticulaţiilor se pot acoperi deschideri de 4-6 m în variantasăgeţilor egale sau momentelor egale în câmp şi pe reazem;- din condiţii de rigiditate se recomandă h/L ≥ 1/15.

Fig. 1: Grinzi cu console şi articulaţii:a – alcătuire; b – schema statică.


Fig. 2: Grinzi cu console şi articulaţii -tipuri de îmbinări la articulaţii: a – cu

bulon; b – cu piese metalice şi buloane.

Fig. 3: Realizarea corectă a unei articulaţii cu bulon pentru evitarea

riscului întinderii perpendiculare pe fibre.


Fig. 4: Grinzi cu console şi articulaţii –îmbinări moderne cu piese metalice.


grinzi continue din scânduri (dulapi) pe muchie:- se realizează după schema săgeţilor egale, cu îmbinareala 0,20 L;- sunt indicate pentru deschideri de 4-6 m;- pentru asigurarea rigidităţii se recomandă h/L ≥ 1/15.

Fig. 5: Grinzi continui din scânduri aşezate pe muchie: a – alcătuire;

b – diagrama de momente; c – detaliu de îmbinare.


Fig. 6: Grinzi continui din scânduri aşezate pe muchie - realizarea îmbinării.

grinzi cu sistem de contrafişe:

- se folosesc la construcţii provizorii şi auxiliare;

- alcătuire:

- avantaje:

- dezavantaje: încărcările asimetrice ale contrafişelor conduc laîncovoierea stâlpilor

- cu o contrafişă;- cu două contrafişe;- cu subgrindă;- sistem trapezoidal.

- alcătuire şi execuţie simplă;- asigură stabilitatea transversală a construcţiei;



Fig. 7: Caracteristicile geometrice pentru grinzile cu contrafişe:a – cu o singură contrafişă;b – cu subgrindă şi contrafişă;c – sistem trapezoidal cu contrafişă.

Fig. 8: Detalii de rezemare la grinzile cu sisteme de contrafişe:

a – sistem cu suburs; b – sistem cu contrafişe;c – sistem cu subgrindă şi contrafişe; d – sistem cu suburs şi contrafişe.

1 – grindă; 2 – stâlp; 3 – suburs; 4 – contrafişă; 5 – subgrindă; 6 – cosoroabă;

7 – reazem; 8 - scoabă.



Fig. 9: Sisteme de contrafişe: a – contrafişe din lemn masiv; b – contrafişe din scânduri;c – contrafişe din scânduriîncrucişate.


grinzi consolidate (macaz):- se obţin prin întărirea grinzii din lemn cu un tirant din oţel;- alcătuire:

- avantaje:

- triunghiulare (cu un singur montant), L=6-9 m,h/L=1/8;- trapezoidale (cu doi montanţi), L=9-15 m,h/L=1/10-1/15;- se execută cu o contrasăgeată de 1/300-1/200 din deschidere

- se obţin deschideri mari; - economie de material lemnos de 200-300%.

Fig. 10: Scheme constructive la grinzi consolidate:

a – sistem triunghiular; b, c – sisteme trapezoidale.


Fig. 11: Schema de calcul a eforturilor la grinzi de lemn consolidate cu tirant metalic

(macaz).


Fig. 12: Detalii de îmbinări la grinzi cu sisteme macaz:a – îmbinare de reazem cu tiranţi si placă metalică;b – îmbinare de reazem cu placă metalică înglobată;c – îmbinare de mijloc cu placă înglobată în montant şi tirant bandă de oţel;d – îmbinare de mijloc cu placă înglobată în montanţi şi tirant bară oţel beton.


Grinzi cu inimă plină din scânduri încrucişate bătute în cuiedeschideri de 9-12 m;au fost larg utilizate la realizarea construcţiilor industrialeşi agrozootehnice şi la poduri;alcătuire:

din punct de vedere a formei, pot fi cu tălpi paralele, cu unasau două pante;după forma secţiunii transversale: în formă de I, chesonatăetc.;pentru rigiditate h/L=1/9; la grinzi cu o pantă 1/2L; cu douăpante h=1/4L;au rigiditate redusă – se execută cu o contrasăgeată deL/200;tălpile se realizează din dulapi de 3,8-6,8 cm grosime, 15-20cm lăţime;inima – din scânduri încrucişate de 1,8-2,4 cm grosime cupanta de 30-40%;inima se rigidizează cu nervuri dispuse la L/10 şi în zonasarcinilor concentrate;tălpile se fixează de inimă cu cuie, din ambele părţi, ladistanţe minime normate;scândurile încrucişate ale inimii se bat cu cuie, dinsprediagonalele comprimate;


înnădirea tălpilor se face la mijlocul deschiderii, undelunecările sunt minime;talpa superioară se îmbină cap la cap; cea inferioară cu ecliseşi buloane din oţel.

Fig. 13: Tipuri de grinzi cu inimă plină din scânduri încrucişate bătute în cuie.


Fig. 15: Construcţia unei grinzi cu inimă plină din scânduri încrucişate bătute în cuie.

Fig. 14: Tipuri de secţiuni la grinzi cu inimă plină din scânduri încrucişate bătute în cuie.


Grinzi încleiatedin pachete de scânduri:

- utilizate ca pane, căpriori etc.;

- alcătuire: - pachete de scânduri sau dulapi, cu secţiune dreptunghiulară, I, T, cheson etc.;- din scânduri sau dulapi pe muchie - Lmax=7,50 m; - cu o pantă; cu două pante; curbe - L=5-20(25)m, h/L≥1/16.

Fig. 16: Principalele tipuri de grinzi încleiate (drepte, cu o pantă, cu două pante şi curbe).


Fig. 17: Tipuri de secţiuni la grinzi încleiate.

Fig. 18: Date constructive pentru principalele tipuri de grinzi încleiate din pachete de scânduri aşezate pe

lat.


cu inima subţire din placaj:

- utilizate ca pane, căpriori etc.;

- avantaje: - se reduce greutatea proprie;- se face economie de lemn şi metal;

- alcătuire: - inima din placaj: - dreaptă;- ondulată.

Fig. 19: Grinzi încleiate din lemn cu inima dreaptă din placaj de construcţie, cu moment de inerţie a. constant b. variabil.

Fig. 20: Tipuri de secţiuni caracteristice pentru realizarea grinzilor încleiate cu inima plină din placaj de construcţie.


Fig. 21: Construcţia grinzilor cu inima din placaj ondulat.

armate:

- utilizate în medii corozive, în industria chimică, etc.;

- alcătuire: - armare – cu bare din oţel obişnuit;- cu secţiune dreptunghiulară sau profilată;- se folosesc cleiuri (răşini) epoxidice.


Fig. 22: Grinzi cu eforturi iniţiale: 1-tiranţi din otel; 2-blocaje metalice.

pretensionate:

- utilizate ca elemente de acoperiş şi grinzi de planşeu;

- alcătuire:- armate cu bare pretensionate din oţel de calitate superioară;

- pretensionarea se foloseşte la consolidarea avantajoasă şi economică a unor elemente vechi.


Fig. 23: Tipuri de secţiuni caracteristice pentru grinzi armate.



- GRINZI CU ZĂBRELE-

VII. CONSTRUCŢII DIN ELEMENTE PLANE - GRINZI CU ZĂBRELE- 2

Se consideră grinzi cu zăbrele sau ferme sistemele compusedin bare izolate şi articulate încărcate în noduri şi întrenoduri. Barele sistemului lucrează la eforturi axiale deîntindere sau compresiune, iar talpa superioară uneori (încazul încărcărilor între noduri) şi la încovoiere.

Alcătuire şi calcul:

Ferme dulghereşti:

– Lemnul se utilizează pentru realizarea tălpilor şi diagonalelorcomprimate, iar pentru barele întinse se foloseşte oţel;

– Avantajul constă în confecţionarea simplă şi posibilitateacorectării săgeţii în timpul exploatării;

– Se va da o atenţie îmbinărilor prin chertare şi centrării corecte anodului de reazem.

- se consideră şi se calculează în ipotezanodurilor articulate;- se realizează de obicei cu o contrasăgeatăconstructivă de L/200.

- h=L/5;- pot fi triunghiulare sau cu tălpi paralele;- se execută din lemn rotund sau cioplit.

3VII. CONSTRUCŢII DIN ELEMENTE PLANE - GRINZI CU ZĂBRELE-

Ferme din scânduri: h=L/5Ferme din scânduri îmbinate cu cuie;

Fig. 1: Schema şi construcţia unei ferme din scânduri bătute în cuie.

- pot fi trunghiulare sau segment de cerc;- L = 8 - 12 m;- talpa superioară se execută din doi dulapi (scânduri) iar diagonalele dinuna singură;- necesită consum mare de manoperă calificată pe şantier şi lemn decalitate superioară.


Fig. 2: a. Schema constructivă a unei ferme cu zăbrele prinse excentric în noduri;b. Modul de repartizare a momentelor încovoietoare din nod


Fig. 3: Construcţia unei ferme cu zăbrele prinse excentric în noduri.


Ferme din scânduri îmbinate cu pene metalice;

- pot fi trunghiulare sau trapezoidale;- L = 15 - 20 m;- îmbinarea se realizează cu pene inelare cu dinţi sau cu ghiare;- se realizează din dulapi;- necesită consum mare de manoperă calificată în fabrici sau atelierespecializate.

Fig. 4: Schemele constructive şi detaliile caracteristice pentru ferme din dulapi îmbinate cu pene inelare netede din oţel


Fig. 5: Construcţia fermei de 21 m deschidere cu pene (şaibe) cu ghiare din metal

8

Fig. 6: Moduri de rezolvare a nodului de la reazem

VII. CONSTRUCŢII DIN ELEMENTE PLANE - GRINZI CU ZĂBRELE-


- pot fi trunghiulare, trapezoidale, segment de cerc, poligonale;

- se realizează dintr-un numar redus de elemente tipizate, în fabrici sauateliere specializate;

- elementele comprimate sau comprimat încovoiate sunt din lemn iar celeîntinse din oţel;

- se folosesc la realizarea acoperişurilor fără tavan cu deschideri mari de12-40 m.

Ferme triunghiulare din lemn şi metal cu talpa superioară din grinzi drepte;

Ferme moderne din lemn şi metal

- L = 10 – 12 m; h = L / 6

- talpa superioară este din grinzi cu secţiunea simplă sau compusă;

- nodurile de la coamă şi de la reazem se realizează cu excentricităţipentru reducerea momentului;


Fig. 7: Ferme triunghiulare din lemn şi metal cu talpa superioară din grinzi încleiate


Fig. 8: Schema de calcul pentru ferme triunghiulare din lemn şi metal

cu talpa superioară din grinzi încleiate.


Ferme trapezoidale din lemn şi metal;

- pot fi cu o pantă sau cu două pante;- L = 15 – 24 m;- talpa superioară poate fi din două grinzi suprapuse cu spaţii între ele;- diagonalele comprimate sunt din lemn iar cele întinse şi talpa inferioarădin profile laminate (L);- îmbinările se realizează cu buloane.

Fig. 9: Schemele de bază pentru grinzile cu zăbrele folosite în construcţii de lemn


Ferme segment cu talpa superioară din elemente încleiate;

- L = 20 – 30 m; h = L / 7- se folosesc la hale industriale şi agrozootehnice;- talpa superioară poate fi continuă;- îmbinările în noduri se realizează cu eclise, buloane din oţel sau şuruburipentru lemn;- talpa inferioară se realizează din două profile din oţel cornier;- talpa superioară se realizează curbă – se ţine seama în calcule deaceasta prin introducerea coeficientului kcurb.

Fig. 10: Schemele constructive pentru principalele tipuri de ferme segment


Fig. 11: Schema şi construcţia fermei segment din lemn şi metal de 18 m


Ferme poligonale;

- L = 20 – 30 m; h = L / 7- talpa superioară este din elemente drepte înscrise într-un arc de cerc;- se realizează prin montare pe şantier, cu o contrasăgeată constructivă.

Fig. 12: Constructia fermei poligonale din lemn si metal de 18 m deschidere


Ferme din lemn (scânduri sau dulapi) de tip special;

- L = max. 8 m;- sunt realizate prin încleiere, cu elemente multiple ale tălpii şidiagonalelor, intercalate sau diagonale îmbinate cu cep;- înălţimea maximă a acestui tip de fermă nu depaşeşte 60 cm;- se folosesc ca grinzi sau pane de acoperiş.

Fig. 13: Sisteme de grinzi cu diagonale triunghi


Fig. 14: Diagonale triunghi încleiate

Fig. 15: Diagonale triunghi îmbinate cu plăcuţe metalice


Fig. 16: Fermă trapezoidală de 60 m deschidere având tălpile şi diagonalele realizate din mai multe elemente încleiate



- CADRE CU DOUĂ ŞI TREI ARTICULAŢII-

- CADRE CU DOUĂ ŞI TREI ARTICULAŢII - 2

Particularitatea cadrelor constă în existenţa unui nod rigid înlocul îmbinării riglei cu stâlpul, reducându-se astfelmomentul încărcării din riglă.

Clasificare:

Sisteme tradiţionale - caracteristici:

- cadre cu două articulaţii şi cadre cu trei articulaţii;- executate pe şantier (cadre-ferme sau cu inima din scânduriîncrucişate bătute în cuie);- executate în fabrică sau în ateliere specializate (cadreprefabricate din lemn încleiat).

- sunt soluţii constructive tradiţionale pentru utilizarea lemnului brut;- execuţia este simplă;- deschiderile se iau egale;- contrafişele se dispun la o treime din deschidere;- îmbinarea riglelor cu stâlpii se face simplu, prin chertare frontală.

Cadre sistem cu contrafişe

3

Cadre-ferme

Fig. 1: Schemele de bază ale sistemelor cu contrafişe.

- CADRE CU DOUĂ ŞI TREI ARTICULAŢII -

- sunt structuri tradiţionale cu caracter provizoriu;- se utilizează la construcţii tip şopron;- pentru deschideri de 9-15 m sunt de tip cadre cu două articulaţii cugrinzi cu inima plină sau cu zăbrele;

- pentru deschideri mai mari (15-18 m) se utilizează cadre cu zăbrele cutrei articulaţii, din lemn rotund.

4

Fig. 2: Cadre-ferme alcătuite din grinzi cu inima plină sau din grinzi cu zăbrele dulghereşti


5

Fig. 3: Construcţia cadrelor-ferme de 12 m deschidere:a. - cu rigla grindă cu inima plină; b. – cu rigla grindă cu zăbrele


6

Cadre cu inima plină din scânduri încrucişate bătute în cuie

- rigla se poate realiza dreaptă (cu pantă) sau curbă;- pentru deschideri de 12-15 m se realizează cu două articulaţii;- pentru deschideri de 15-18 m se realizează cu trei articulaţii.

Fig. 4: Tipuri de bază ale cadrelor de lemn cu inima plină din scânduri încrucişatea., b. – cu două articulaţii;

c. – cu trei articulaţii.


7

Fig. 5: Construcţia unui cadru cu trei articulaţii cu inima din scânduri încrucişate bătute în cuie de 14 m deschidere


8

Fig. 6: Schema de lucru a cadrelor cu trei articulaţii


Sisteme moderne - caracteristici:- se realizează cu două sau trei articulaţii, din lemn încleiat;- au deschideri uzuale de 12-45 m dar şi mai mult (60 m).

- sunt cel mai des utilizate;- se realizează cu deschideri de 18-60 m;- semicadrele sunt prefabricate monolit, cu moment de inerţie variabil, cuînălţimea maximă în nod;

Cadre cu trei articulaţii

9- CADRE CU DOUĂ ŞI TREI ARTICULAŢII -

Fig. 7: Principalele tipuri de cadre încleiate cu trei articulaţii:a. – alcătuite dintr-un singur prefabricat;

b., c., d. – alcătuite din două sau mai multe elemente prefabricate.

- hnod ≥ 1/35L, unde L este deschiderea cadrului;- hreazem ≥ 0,4 hnod, hcheie ≥ 1,25b, unde b este lăţimea secţiuniitransversale;

10

Fig. 8: Realizarea semicadrelor încleiate în funcţie de calitatea materialului


- pentru realizarea nodului stâlp-riglă scândurile se curbează, la execuţie,după un arc de cerc de lungime S care se determină pentru unghiul lacentru α=76o, respectând o rază de curbură Rmin≥(150-200)a, unde a estegrosimea scândurilor;

11

Fig. 9: Principalele tipuri de cadre încleiate cu două articulaţii:a. – de tip fermă cu rigla din grinzi încleiate drepte;b. – de tip fermă cu rigla din grinzi încleiate curbe;

c. – cadre încleiate cu inima din scânduri încrucişate cu rigla în două pante;d. - cadre încleiate cu inima din scânduri încrucisate cu rigla curbă.



- verificarea eforturilor unitare normale se face la compresiune cuîncovoiere;

- coeficientul de zvelteţe λ = lcalc / 0,289 hmed, unde lcalc se ia egală cu 0,7(încărcare simetrică) sau 0,5 (încărcare nesimetrică) din lungimea arcului,iar hmed este înălţimea medie a secţiunii;

- rosturile încleiate se verifică la lunecare: τ = QS / ξIbkf ≤ τad ;kf = 0,6;

- în zona curbată se verifică:

efortul unitar de întindere în fibrele marginale:σt = M / wn(1+1/2 β) ≤ σat;şi de strivire transversală:σtr = M / wn(1+1/4 β) ≤ σas,90.

unde β este raportul dintre raza de curbură R şi înălţimea secţiunii h înzona curbată;

- cadrele cu trei articulaţii cu deschideri mari pot avea rigla curbă şi pot fitronsonate.

Calculul

Cadre cu două articulaţii: au deschideri uzuale de 12-15 m.


Fig. 10: Schemele constructive pentru cadre cu zăbrele:a. – cadre cu două articulaţii;b. – cadre cu trei articulaţii.

Fig. 11: Schema cu principalele caracteristici geometrice ale

cadrelor cu zăbrele cu pod rulant

Cadre cu zăbrele



- ARCE CU DOUĂ ŞI TREI ARTICULAŢII-

- ARCE CU DOUĂ ŞI TREI ARTICULAŢII - 2

Arcele fac parte din categoria sistemelor constructive planecu împingeri şi se pot realiza cu tirant sau fără tirant.Se utilizează la construcţii civile, industriale, poduri, etc.

Clasificare:

- după schema statică (cu două sau trei articulaţii, cu tirant saufără tirant);

Fig. 1: Schema statică şi date constructive la arce cu două articulaţii

3

Fig. 2: Schema statică şi date constructive la arce cu trei articulaţii.

- ARCE CU DOUĂ ŞI TREI ARTICULAŢII -

- după modul de execuţie (sisteme tradiţionale sau sistememoderne)

4

Fig. 3: Schemele constructive pentru arce cu trei articulaţii:a. – din grinzi drepte; b. – din grinzi consolidate (macaz).


Sisteme tradiţionale - caracteristici

Arce cu trei arţiculatii din grinzi drepte

- se realizează din două grinzi cu secţiune simplă sau compusă aşezateoblic;-se folosesc pentru deschideri de 6-30 m;- particularităţile speciale sunt legate de îmbinări, tiranti etc.

5

Fig. 4: Schema constructivă şi detalii caracteristice pentru un arc cu trei articulaţii din grinzi drepte


6

Arce cintre

- se realizează din elemente de tip lamele (in 2, 3 sau 4 rânduri);- au deschideri mici;- distanţa dintre arce este de 0,75 – 1,50 m.

Fig. 5: Arce cu trei articulaţii din ferme segment cu inima plină din scânduri încrucişate sau din placaj exterior, cu tirant sau fără tirant.


Arce cu trei articulaţii din grinzi segment de cerc

- au talpa superioară curbă;- se realizează cu deschideri mari;- se realizează din grinzi cu inima din scânduri încrucişate bătute în cuiesau grinzi cu inima subţire din placaj (h/L=1/30).

7

Fig. 6: Construcţia arcelor cu trei articulaţii din grinzi segment cu inima din scânduri încrucişate bătute în cuie


8- ARCE CU DOUĂ ŞI TREI ARTICULAŢII -

- se face ca pentru o bară comprimat-încovoiată;

- în cazul îmbinărilor de solidarizare cu tije lamelare (plăcuţe) se calculeazăşi numărul acestora;

- se ţine seama de avantajele rezemării parţiale a secţiunii la naşteri şi lacheie (sub axa grinzii);

- pentru calculul coeficienţilor λ, φ, ξ lungimea de flambaj a arcului lf se ia:

- 0,5 S pentru arce cu două şi trei articulaţii încărcate asimetric;

- 0,6 S pentru arce cu două articulaţii încărcate simetric;

- 0,7 S pentru arce cu trei articulaţii încărcate simetric.

Calculul


Fig. 7: Încărcări uniform distribuite verticale:a. – deformata;b.– momentul încovoietor;c. – forţa tăietoare;d. – forţa axială

Diagramele de eforturi pentru arcul cu două articulaţii

Fig. 8: Încărcări uniform distribuite verticale şi orizontale:a. – deformata;b.– momentul încovoietor;c. – forţa tăietoare;d. – forţa axială


Fig. 9: Încărcări uniform distribuite verticale:a. – deformata;b.– momentul încovoietor;c. – forţa tăietoare;d. – forţa axială

Diagramele de eforturi pentru arcul cu trei articulaţii

Fig. 10: Încărcări uniform distribuite verticale şi orizontale:a. – deformata;b.– momentul încovoietor;c. – forţa tăietoare;d. – forţa axială


Sisteme moderne - caracteristici- sunt sisteme realizate din arce încleiate cu deschideri de 20-100 m şichiar mai mult;- au capacitate portantă, rigiditate şi durabilitate ridicată;- se realizează cu două sau cu trei articulaţii, cu sau fără tirant;- arcele cu tiranţi reazemă pe stâlpi sau ziduri: f/L=1/6 – au deschidereade 20-30 m;- arcele fără tirant reazemă direct pe fundaţii: f/L=1/2-1/4 – audeschiderea de 30-60 m şi chiar mai mult (100-120 m) – se realizează cutrei articulaţii;- pentru deschideri mari se folosesc arce masive aşezate la 6-9 m interax,iar pentru deschideri mici arce uşoare aşezate la distanţa de 3-4 m interax;- realizarea arcelor implică rezolvarea detaliilor de realizare a articulaţiilor(la cheie, la naşteri), îmbinării cu elementele metalice (tiranţi, piese pentruarticulaţii etc.) precum şi rezolvarea detaliilor de rezemare (pe stâlpi, zidurisau fundaţii).

Calculul - se face pentru ipoteza cea mai defavorabilă lacompresiune cu încovoiere în planul curburii, conform prevederilor pentrubarele drepte solicitate la compresiune excentrică, pentru momentulîncovoietor maxim (Mmax) şi forta axială aferentă (Naf), ţinând seama decoeficientul de corecţie kcurb subunitar cu care se afectează valoarea σac.Lungimea de flambaj a arcului se consideră în funcţie de caracteristicileacestuia şi de modul de încărcare, după cum s-a precizat mai sus. Pentruvalori mici ale momentului încovoietor, arcul se calculează la compresiunecu flambaj pentru valoarea forţei axiale N care acţionează la ¼ dindeschidere.


Fig. 11: Scheme constructive pentru arce încleiate cu douăarticulaţii şi cu trei articulaţii

cu tirant sau fără tirant

Fig. 12: Construcţia arcelor încleiate cu trei articulaţii


Fig. 13: Schema constructivă şi detalii caracteristice pentru un arc cu trei articulaţii din lemn lamelar încleiat


Fig. 14: Schema constructivă şi detalii caracteristice pentru un arc cu trei articulaţii din lemn lamelar încleiat


Fig. 15: Schema constructivă şi detalii caracteristice pentru un arc cu trei articulaţii cu tirant


Fig. 16: Variante constructive pentru realizarea îmbinării

rigide la arce cu două articulaţii

Fig. 17: Variante constructive pentru realizarea articulaţiilor la cheie


Fig. 18: Modul de realizare a nodului de reazem

Arce cu zăbrele


- se pot realiza din ferme segment cu tălpi drepte sau curbe.

Fig. 19: Arce cu trei articulaţii din ferme segment cu tirant şi fărătirant


Fig. 20: Schema constructivă a unui arc cu trei articulaţii din ferme poligonale de 26 m deschidere


Fig. 21: Schema constructivă şi detalii caracteristice pentru un arc cu zăbrele cu douăarticulaţii din lemn lamelar încleiat


Fig. 22: Schema constructivă şi detalii caracteristice pentru un arc cu zăbrele cu trei articulaţii din lemn lamelar încleiat


VIII. STABILITATEA SPAŢIALĂ A COSTRUCŢIILOR DIN ELEMENTE PLANE

- CONTRAVÂNTUIRI-

- CONTRAVÂNTUIRI - 2

Structurile portante din elemente plane se calculează pentruîncărcări a căror direcţie de acţionare coincide cu planulstructurii.

Pentru preluarea încărcărilor orizontale (vânt, seism),trebuie prevăzute contravântuiri care împreună cu elementelestructurii să formeze un sistem rigid.

Contravântuirile se pot amplasa atât în planul acoperişului câtşi în planul pereţilor longitudinali şi frontali.

La acoperişurile cu tavan, contravântuirile se pot amplasa înplanul tavanului.

Contravântuirile din planul acoperişului se dispun, de regulă,la capetele construcţiei.

În cazul construcţiilor închise, când acoperişul este realizatdin grinzi fără luminator sau alte elemente de acest fel,verificarea la vânt nu este necesară: vântul produce sucţiuni:se verifică astereala.

- CONTRAVÂNTUIRI - 3

Încărcarea din vânt care acţionează transversal este preluatăde scheletul structurii principale de rezistenţă a clădiriiformată din pereţi portanţi, cadre, arce etc.

Încărcarea din vânt care acţionează longitudinal este maigreu de preluat: de pereţii longitudinali.

Preluarea încărcării din vânt de către contravântuiri dispuseîn planul acoperişului:

la cele două capete;în câmp, dacă e cazul (la mijlocul acoperişului).

La cadre şi arce fără tirant se dispun contravântuiri şi înplanul pereţilor: sistem spaţial.

Alcătuirea contravântuirilor:din dulapi, rigle din lemn;din tiranţi de oţel lat sau rotund.

4

Fig. 1: Modul de dispunere a

contravântuirilor la construcţii realizate

din elemente portante plane.

- CONTRAVÂNTUIRI -

5

Fig. 2: Scheme de principiu privind contravântuirea spaţialăa structurilor realizate din elemente portante plane.

- CONTRAVÂNTUIRI -

Fig. 3: Modul de prindere a contravântuirilor.

6- CONTRAVÂNTUIRI -

Fig. 4: Contravântuiri orizontale şi înclinate la construcţii cu schelet portant.


Fig. 5: Contravântuiri orizontale şi înclinate la construcţii cu schelet portant.


Fig. 6: Modul de dispunere a contravântuirilor la construcţii cu schelet portant format din cadre cu două sau trei articulaţii.


IX. STRUCTURI SPAŢIALE DIN LEMN

- STRUCTURI SPAŢIALE DIN LEMN - 1

Spre deosebire de sistemele plane, cele spaţiale au avantajulcă distrugerea unui element din structură nu poate să ducă ladărâmarea întregii construcţii, deoarece se realizează oredistribuire a eforturilor în celelalte elemente ale structuriilegate spaţial cu elementul distrus.

Distrugerea se poate produce din cauza unor deformaţii mari,care duc la deformarea formei geometrice generale aconstrucţiei.

Folosirea construcţiilor spaţiale din lemn este raţională înurmătoarele cazuri:

– la construcţii cu deschideri mari când se urmăreşte utilizareaîntregului gabarit al construcţiei;

– la construcţii cu împingeri, când se urmăreşte ca împingerea sănu fie transmisă concentrat ci distribuit;

– la construcţii cu destinaţii speciale (hangare) când sunt necesareporţi în pereţii longitudinali;

– la acoperişuri pentru clădiri de formă circulară, pătrată saupoligonală de tipul cupolelor şi bolţilor.


Clasificare:

după forma în plan:dreptunghiulară;poligonală;circulară.

– după forma geometrică:• bolţi cilindrice;• bolţi întretăiate;• pânze poligonale.

– după modul de alcătuire constructivă:• bolţi membrane subţiri (cu sau fără nervuri);• suprafeţe cutate cu nervuri;• bolţi lamelare;• cupole membrane;• cupole lamelare;• cupole din arce cu trei articulaţii;• cupole geodezice.


Bolţi membrane – sunt cu pereţi subţiri din straturi suprapusedin scânduri îmbinate cu cuie sau clei.

După forma geometrică pot fi:cilindrice sau întretăiate;cu sau fără nervuri.

Suprafeţe cutate – realizează acoperişuri de formă poligonalăcu deschideri de 10-30 m.

Bolţi lamelare – sunt construcţii spaţiale alcătuite dinelemente prefabricate tipizate din lemn ecarisat (dulapi)aşezate după două direcţii.

Pe acelaşi principiu se pot realiza bolţi lamelare întretăiate şicupole lamelare;Se realizează construcţii cu deschideri de 12-80 m.

Cupole membrane – sunt alcătuite din câteva rânduri depodini inelare încrucişate din scânduri fixate prin cuie sauîncleiere.

Se realizează construcţii cu deschideri de 12-35 m.


Cupole din elemente plane – sunt realizate din arce cu treiarticulaţii cu zăbrele sau cu inima plină;

Cupole geodezice – sunt realizate din bare cu dublă curburăcare lucrează la eforturi axiale.

Se realizează construcţii cu deschideri de 60-100 m.

Fig. 1: Suprafeţe cutate.


Fig. 2: Suprafeţe cilindrice.


Fig. 3: Suprafeţe cilindrice.


Fig. 6: Îmbinarea de reazem la suprafeţe cilindrice.


Fig. 4: Suprafeţe conoidale.

Fig. 5: Sisteme de îmbinare.


Fig. 7: Suprafeţe hiperbolice.

Fig. 8: Realizarea suprafeţelor hiperbolice.


Fig. 9: Cupola membrană cu nervuri şi arce de rigidizare:1 - arce de rigidizare; 2 - nervuri; 3 - podină inelară; 4 - podină oblică;

5 - inel superior; 6-inel inferior de reazem


Fig. 10: Schema şi detaliile constructive caracteristice unei cupole realizate din arce încleiate:1 - arce încleiate; 2 – pane inelare; 3 - podină radială; 4 - podină oblică;

5 - inel superior; 6-inel de reazem


Fig. 11: Construcţia bolţilor membrane subţiri:

1 – astereală longitudinală inferioară; 2 – astereală înclinată;

3 – astereală longitudinalăsuperioară; 4 – nervuri de rigidizare;

5 – arcul fronton.

Fig. 12: Sisteme cu bolţi membrane întretăiate (închise).


Fig. 13: Tipuri de lamele:a – din lemn obişnuit; b – din lemn încleiat;

c – cu secţiune compusă din lemn şi placaj de construcţie.

Fig. 14: Bolta lamelară cilindrică cu:a – reţea dreptunghiulară;

b – reţea rombică.


Fig. 15: Construcţia bolţii lamelare cu reţea rombică şi detalii de îmbinare în noduri cu şuruburi (buloane)


Fig. 16: Scheme de principiu pentru cupole geodezice.

Fig. 17: Sisteme de îmbinare în noduri la cupola geodezică


Fig. 18: Comportarea cupolelor geodezice sub acţiunea greutăţii proprii, zăpezii şi a vântului:a. – vedere în plan; b. – vedere în perspectivă; c. – repartiţia coeficientilor de presiune din vânt; d. – deformata sub acţiunea greutăţii proprii şi zăpezii; e. – deformata sub acţiunea

greutăţii proprii, zăpezii şi a vântului.

Documents

Constructii Din Lemn